Enzymes à radical SAM pour la biosynthèse de nouveaux RiPPs – SAM4RiPP

- Analyse biochimique

- Biologie strucutrale

- Biologie synthétique

Les partenaires 1 et 3 ont exploré la réactivité d'une enzyme à radical SAM impliquée dans la modification des acides aminés. De façon surprenante, nous avons montré que cette enzyme semble recycler le radical 5'-dA central, ce qui permet une réaction totalement réversible et était inattendu (Feryel et al., JACS, 2024, 146 (10), p. 6493-6505). Ces travaux élargissent la diversité catalytique de ces enzymes.

L'un des principaux objectifs du projet SAM4RIPP était d'élucider les structures de plusieurs enzymes à SAM radical impliquées dans la biosynthèse de peptides RiPP, afin de révéler leur diversité structurale et le rôle des centres auxiliaires dans la catalyse. Nous avons notamment résolu la première structure d'une épimérase à SAM radical (Kubiak et al., Nature Chemical Biology) et d'une nouvelle enzyme catalysant la formation de liaisons carbone-carbone (Ruel et al., 2025, J. Am. Chem. Soc., 147, 16850-16863). Il est important de noter que ces structures protéiques ont été résolues en complexe avec leurs substrats ou des analogues, ce qui nous a permis de décrypter les caractéristiques centrales des interactions entre la matrice protéique et le substrat peptidique.

Nous avons également démontré que les RiPPs (Partenaire 2) peuvent être produits par incorporation d'acides aminés non canoniques via une synthèse chimique du peptide précurseur (Schiefelbein et al., JACS, 2024, 146(25), 17261-17269). L'association d'une synthèse peptidique chimique fiable et d'une expression enzymatique reproductible a permis d'enrichir la boîte à outils enzymatique des RiPP, ouvrant la voie à des thérapies à base de RiPP aux propriétés pharmacologiques améliorées.

Enfin, nous avons également mis en lumière le rôle des protéines accessoires (Böhringer, Cell Chemical Biology, 2023) et étendu notre étude à la formation de la liaison carbone-oxygène lors de la biosynthèse du RiPP darobactine. Notamment, un rôle surprenant de l'oxygène moléculaire dans la formation de liaison éther a été montré (Nguyen et al., JACS, 2022). La plupart de ces travaux concernant les enzymes à radical SAM impliquées dans la biosynthèse des RiPP ont été résumés dans une revue invitée (Benjdia et al., Frontiers in Chemistry, 2021, p. 9).

Nous avons également investigué le rôle des enzymes à radical SAM qui utilisent, outre leur centre [4Fe-4S], la cobalamine comme cofacteur essentiel. Certaines de ces enzymes sont notamment présentes dans la voie de biosynthèse du thiostrepton A, une RiPP à structure complexe (Soualmia et al., Chemistry, 2022, 28 (31)). Les avancées récentes dans ce domaine ont été synthétisées dans une revue (Benjdia et al., Current Opinion in Structural Biology, 2023, 83, p. 1027-1025).

Ces travaux ouvrent de nombreuses perspectives, notamment pour la biosynthèse de nouveaux RiPPS aux propriétés améliorées ainsi que pour l'accès à de nouvelles structures peptidiques.

Ces travaux ouvrent de nombreuses perspectives, notamment pour la biosynthèse de nouveaux RiPPS aux propriétés améliorées ainsi que pour l'accès à de nouvelles structures peptidiques.

Les peptides ribosomaux et modifiés post-traductionnellement (RiPPs) forment une classe émergente de produits naturels, principalement produits par les bactéries. Ces peptides sont caractérisés par la présence d'une grande diversité de modifications post-traductionnelles qui leurs confèrent une large diversité structurale et des propriétés biologiques majeures (i.e. activité antibiotique, anti-cancéreuse etc.).
Parmi la multitude d'enzymes catalysant des modifications post-traductionnelles sur les RiPPs, les enzymes à radical SAM sont récemment apparues comme étant des biocatalyseurs majeurs. Ces enzymes, qui constituent l'une des plus grandes superfamilles d’enzymes du vivant, sont impliquées dans un très grand nombre de transformations chimiquement difficiles, souvent sans précédent. Dans le cadre du projet SAM4RiPP, nous avons pour objectifs d’explorer le mécanisme et le potentiel biosynthétique de nouvelles enzymes à radical SAM afin (i) de mieux comprendre comment ces enzymes interagissent et modifient leurs substrats peptidiques et (ii) de développer de nouveaux RiPPs hybrides aux propriétés améliorées.
En effet, grâce aux particularités liées à leur biosynthèse, les RiPPs sont des composés extrêmement prometteurs pour développer, grâce aux approches de biologie synthétique, des antibiotiques innovants et moduler le microbiote humain.